Curso “Introducción a los sistemas GNSS-RTK de bajo costo”

Motivación: precisión para aplicaciones usando software libre y proyecto DIY
José Ramón Martínez Batlle, UASD
Diciembre, 2021
Santo Domingo, República Dominicana
https://geofis.github.io/rtk-para-todos/curso-dic21-00.html

PREÁMBULO

Autopresentación

  • Incluye nombre, carrera que estudias o profesión, municipio de residencia, expectativas y cualquier otro detalle que quieras agregar.

Programa del curso

Rescatando la lista de los reyes magos del primer día

  • Visitar una parcela preferiblemente ya medida previamente por otro método/persona. Hacer mensura, comparar.

  • Colectar datos en terreno campo.

  • Tomar datos crudos o hacer solución fija en el vértice de la Plaza de la Bandera.

Rescatando la lista de los reyes magos del primer día

  • Hacer flujo de trabajo PPK completo con RTKLIB.

  • Montar un receptor DIY / como configurarlo.

  • Hacer PPP.

  • ¿Qué se puede rescatar de aquí? Debemos decidir.

Recomendaciones

  • Tumba el miedo a la consola de comandos.

  • Esta expresión no te va a ayudar: “da error”. Comienza a practicar desde ya, y cámbiala por: “Obtuve un error que me parece tiene que ver con , el cual dice lo siguiente: . Intenté resolverlo por mi cuenta mediante , pero no tuve éxito”.

  • Bájale todo lo que puedas a las expectativas. La única fortaleza de este curso no es su contenido, sino la libertad. Te adelanto que el contenido será mínimo, pero al menos conocerás soluciones libres para aprender el enorme volumen de temas restantes.

¿QUÉ ES RTK? ¿POR QUÉ UN PROYECTO DIY? ¿POR QUÉ SOFTWARE LIBRE?

¿Qué es RTK? Vistazo general

  • Siglas de real-time kinematic, es una técnica de navegación satelital global, que utiliza la fase de la onda portadora (a diferencia de la técnica convencional, basada en códigos pseudoaleatorios de baja frecuencia) enviada por satélites de posicionamiento, tales como GPS, GLONASS, Galileo y BeiDou, para calcular, con precisión centimétrica, la distancia entre una estación base de coordenadas conocidas y una estación exploradora o rover.

Según NovAtel (2015)

Comparación entre técnica estándar y basada en onda portadora

Basada en códigos pseudoaleatorios (estándar) Posicionamiento preciso (basada en onda portadora)
Observaciones Pseudorango (de códigos) Onda portadora + pseudorango
Precio de receptor Baratos, ~US$100 Muy caros ~US$10,000-40,000
Exactitud 3 m (H), 5 m (V) 5 mm (H) 1 cm (V) (modo estático)
Aplicaciones Navegación marítima, búsqueda y rescate Topografía, mensura, cartografía de alta precisión

Los costos son para equipos funcionales listos para usarse, “apenas sacados de su empaque”

Limitaciones globales

  • Alto costo de equipos listos para usar.

  • Predominio de soluciones de software privativas.

  • Red de CORS pública de poca densidad.

  • Redes privadas existentes y densas, aunque de costos elevados.

Proyecto DIY (“hazlo tu mismo”)

  • Se trata de un proyecto autofinanciado, que constituye un soporte esencial para otras múltiple investigaciones en marcha.

  • Por lo tanto, su importancia radica en la capacidad de soportar múltiples aplicaciones en geografía y mensura (entre otras áreas) a bajísimo costo y con soluciones libres, SIN SOFTWARE PRIVATIVO NI HARDWARE COSTOSO.

Fabricantes de receptores GNSS con capacidad RTK

  • Trimble, Leica, Topcon, NovAtel, JAVAD, …

  • u-blox, Septentrio, Skytraq, ComNav Technology …

Soluciones de software libre / código abierto

  • La mayor parte de los equipos anteriores usan software privativo creado por el fabricante. Por lo tanto, con dicho software no es posible:

    • Estudiar ni mejorar las soluciones.
    • Compartir el código con colegas.

  • En cambio, con software libre/código abierto, sí es posible.

Aplicaciones

  • Monitoreo de deslizamientos, fallas.

  • Mensura.

  • Fotogrametría con UAV.

  • Construcción, monitoreo de edificaciones y estructuras (puentes)

  • Agricultura de precisión.

  • Detección de tsunamis por boyas GNSS.

  • Sistemas de transporte, vehículos autónomos.

  • Sistemas de cartografía móviles (Street View).

  • …

¿Cuándo comencé?

  • En 2018 construí una solución monobanda.

  • Dicha solución, aunque útil para determinadas aplicaciones, fallaba en determinados ambientes para converger eficientemente (AR).

¿Cuándo comencé?

  • Desde entonces me concentré en:

    • Construir una solución integral, que incluyera base y rover ambos de doble frecuencia.

    • Crear scripts de operación básicos, así como mejorar/adaptar software de terceros, basándome sobre todo en RTKLIB.

MATERIALES Y MÉTODOS

Hardware

Partes adquiridas para equipo de colecta (Financiamiento: “SALARIO-CyT”)

Parte Costo aprox.
Base o rover, los imprescindibles: receptor, RPi, antena. US$340
Adaptador de corriente, palo, trípode, conectores, cables, carcasa, batería US$240

- No se incluyen fletes.

- Para una base fija tipo CORS, se deben añadir los costes del soporte de hierro (~US$40) y el cable (el valor dependerá del calibre elegido y la longitud del mismo). Otros complementos deseables son un tribrach (base nivelante), protección contra rayos y una estación meteorológica.

¿Qué es una Raspberry Pi?

Software

RTKLIB

  • Biblioteca RTKLIB (primera versión, 2007), por Tomoji Takasu (Takasu, 2011; Takasu & Yasuda, 2009)

RTKLIB

RTKLIB

BashRTKStation

RTKBase

  • Fork propio de RTKBase para usarlo:
    • En la base.
    • También en el rover, pues tiene capacidad de envíar correcciones RTCM3 a receptor.

Centipede

RTKMisc

RESULTADOS

Solución PPP para la base (NRCAN)

Solución PPP para la base (NRCAN)

Comparación soluciones NRCAN y AUSPOS

Campus UASD

Playa Najayo

Playa Najayo

Obras

Mensura

Hundimiento en César Nicolás Penson

rtk2go. Servicio público

- URL: rtk2go:2101, Mountpoint: geofis_ovni - Status: http://rtk2go.com:2101/SNIP::MOUNTPT?NAME=geofis_ovni

DISCUSIÓN Y PERSPECTIVAS

Discusión

  • Los resultados obtenidos son precisos, con errores estándar bastante bajos, de orden centimétrico incluso milimétrico.

  • Las aplicaciones profesionales y su uso en producción son de sobra viables.

  • Su uso en la enseñanza es una de las aplicaciones idóneas.

  • Las aplicaciones para monitoreo de movimiento de la estructura (por ejemplo, por subsidencia), al menos para desplazamientos de desarrollo lento y de orden centimétrico, son perfectamente viables.

Perspectivas. ¿Qué estoy haciendo actualmente con este equipo?

  • Dando capacitaciones básicas. Apoyo personas abiertas a Linux, software libre y consola de comandos.

  • Monitoreando de deslizamientos.

  • Caracterizando granulometría de carga gruesa superficial de lechos de río/llanura de inundación mediante UAV.

  • Monitoreando deformación en SD, con énfasis en la UASD.

REFERENCIAS